Úvod
V súčasnosti sú skrutkové spoje najuniverzálnejšie a najpohodlnejšie na inštaláciu oceľových stavebných konštrukcií. Ich použitie umožňuje výnimočne vysokú presnosť inštalácie a eliminuje „ľudský faktor“. Zo skrutkových spojov sú najefektívnejšie prírubové spoje. Ich použitie v rôznych prevedeniach výrazne zvyšuje produktivitu práce pri inštalácii a tým aj jej rýchlosť. Prírubové spoje sú tiež mimoriadne pohodlné pri opravách stavebných konštrukcií, umožňujú rýchlo izolovať jeden prvok a nahradiť ho iným.
Až doteraz pomerne veľký počet vedcov študoval prírubové spojenia a vlastnosti ich aplikácie. Medzi nimi môžeme zaznamenať prácu V.V. Kaleňová, V.M. Gorpinchenko, A.G. Soskina, O.I. Ganiza, Glauberman V. B. a kol.
V podstate vyššie uvedení vedci vykonali prácu na štúdiu pevnostných charakteristík prírubových spojov. Ako výsledok výskumu boli vypracované odporúčania pre výpočet, návrh, výrobu a montáž prírubových spojov oceľových stavebných konštrukcií a kapitola 27 projektovej príručky oceľové konštrukcie(na SNiP II-23-81*). Návod a odporúčania sa nevzťahujú na prírubové spoje:
Prijímanie striedavých zaťažení, ako aj opakovane pôsobiacich pohyblivých, vibračných alebo iných typov zaťažení s počtom cyklov väčším ako 10 5 s koeficientom asymetrie napätia v spojených prvkoch r = s min /s max ³ 0,8;
Prevádzkované vo vysoko agresívnom prostredí. Tieto spojenia zahŕňajú prírubové spojenia žeriavových nosníkov. Žeriavové nosníky možno klasifikovať ako prvky s otvoreným profilom.
Kapitola 1. Pevnosť prírubových spojov otvorených profilových prvkov
Problematikou pevnosti prírubových spojov otvorených profilových prvkov sa zaoberal profesor I. D. Grudev.
Vyvinul semiempirickú metódu na výpočet pevnosti prírubových spojov otvorených profilových prvkov: I-nosníky, T-nosníky, uhly. Predpoklady, ktoré tvorili základ riešeného problému, sú jasne formulované. Bol zostavený uzavretý systém rovníc vrátane niekoľkých nastaviteľných parametrov. Riešenie sa získalo numericky a parametre prispôsobenia sa určili z experimentálnych údajov. Na uľahčenie používania techniky sa navrhuje približný vzorec.
Stanovenie pevnosti a trvanlivosti prírubových spojov otvorených profilových prvkov: I-nosníky, T-nosníky a uholníky je hlavnou nevyvinutou otázkou. V týchto spojeniach sú deformácie rôznych skrutiek výrazne odlišné, pretože príruba je deformovaná komplexne a navyše pevnosť samotných skrutiek má štatistický rozptyl a je určená funkciou hustoty pravdepodobnosti deštrukcie.
Štúdia je založená na nasledujúcich ustanoveniach:
- Všetky skrutky majú rovnaké predpätie.
- Skrutky v spoji fungujú nerovnomerne a podľa povahy ich práce sú rozdelené do dvoch skupín: skrutky vnútornej zóny, umiestnené v rohoch sekcie a viac zaťažené, označené nižšie indexom B a skrutky vonkajšia zóna s indexom H.
- Vonkajšia zóna je rozdelená na elementárne spoje v tvare T.
- Posledné z nich sú opísané pomocou modelu lúča, ktorý zohľadňuje iba geometrickú nelinearitu.
- Vzťah medzi silami v skrutkách vnútornej a vonkajšej zóny je opísaný po častiach lineárnou funkciou získanou aproximáciou experimentálnych údajov.
- Ak dôjde k deštrukcii pozdĺž skrutiek, má pravdepodobnostný charakter a je určená nosnosťou súpravy skrutiek vo vnútornej zóne.
- Ohnutie skrutiek, prítomnosť otvorov pre skrutky, nerovnosti predpätie, prítomnosť vonkajších ohybových momentov vedie k potrebe zavedenia nastaviteľných parametrov.
Sily vznikajúce v prírubovom spojení podľa modelu nosníka sú opísané nasledujúcimi vzťahmi:
k je tuhosť v ťahu skrutky pri zohľadnení kontaktných pohybov a je hodnota predpätia. Ďalšie označenia sú znázornené na obr. 1.
Bezrozmerné veličiny v závislosti od a parametra sú znázornené na obr. Bezrozmerná tuhosť skrutky môže byť tiež znázornená ako
(2)
Okrem toho je vhodné ponechať parameter ako nastaviteľný, pretože Teoreticky sa to nedá určiť.
Vzťah medzi silami v skrutkách vonkajšej a vnútornej zóny závisí od bezrozmernej sily pôsobiacej na prírubu a v rámci existujúcich konštrukcií slabo závisí od iných parametrov. Stanovuje sa podľa experimentálnych údajov.
K deštrukcii prírubových spojov pracujúcich v ťahu skrutkami dochádza, ako ukazujú experimenty, takmer okamžite, čo naznačuje lavínový charakter deštrukcie svorníkov a lavína zvyčajne začína po deštrukcii prvej skrutky, t.j. Zapojenie funguje na princípe najslabšieho prvku.
Analýza experimentálnych údajov ukazuje, že v čase deštrukcie je rozdiel medzi silami v skrutkách vnútornej a vonkajšej zóny približne 20-30%, pretože sily v skrutkách vonkajšej zóny nepresahujú 37t. Nemôžu však výrazne prispieť k celkovej pravdepodobnosti zničenia, takže tá je určená výlučne silou viac zaťažených svorníkov vnútornej zóny a skrutky vonkajšej zóny sa zlomia v konečnom štádiu zničenia lavíny. Pri I-profile, ako aj pri T-profile s rebrom patria štyri skrutky do vnútornej zóny.
Kapitola 2. Stav napätia-deformácie prírubových spojov
Inžinier A. G. Soskin vykonal štúdiu stavu napätia a deformácie prírubových spojov otvorených profilových prvkov, ktoré vnímajú statické ťahové sily, aby sa získal vzťah medzi hrúbkou prírub a pomerom síl vnímaných skrutkami vnútorných a vonkajších zón od pôsobenia vonkajšieho zaťaženia.
Prírubové spoje s vysokopevnostnými skrutkami sú najefektívnejšie v porovnaní s inými typmi inštalačných spojov prvkov oceľových stavebných konštrukcií. Účinok sa dosahuje hlavne vďaka praktickosti plné využitieťahová únosnosť skrutiek, ktorá zabezpečuje ich minimálne množstvo v prípojkách a v dôsledku toho výrazne znižuje mzdové náklady pri montáži konštrukcií. V tomto ohľade má mimoriadny význam výpočet skrutiek založený na predpokladoch odrážajúcich ich skutočné správanie.
Z hľadiska správania sa skrutiek medzi konštrukčnými formami prírubových spojov ťahaných prvkov je potrebné rozlišovať medzi tými, v ktorých sú skrutky v rovnakých podmienkach („elementárne“ spoje v tvare T, FS kruhových a štvorcových spojov potrubia) a spoje, v ktorých nie sú rovnaké prevádzkové podmienky skrutiek (prírubové spoje prvkov otvoreného profilu: párové a nepárové uholníky, T-nosníky, I-nosníky atď.). Výskum ukázal, že správanie druhého je veľmi zložité a vyznačuje sa geometrickou a fyzikálnou nelinearitou.
Aby bolo možné študovať vzorce stavu napätia a deformácie takýchto spojov, vykonali sa testy na prototypoch prírubových spojov v plnom rozsahu (tabuľka 1):
- štandardné väzníky s rozpätím 24 metrov so spodným pásom párových rovnopásových uhlov 110x12, 125x8 a 140x12mm;
— značky so širokou prírubou 15ks4;
Materiál uholníkov, T-kusov, rámov, výstuh a pásníc je oceľ s výpočtovou pevnosťou v ťahu s medzou klzu od 225 do 400 MPa. Príruby prototypov s hrúbkou 20, 25 a 30 mm boli privarené k spájaným prvkom bez orezania hrán, ručne pomocou elektród typu E50A v súlade s GOST 9467-75. Vysokopevnostné skrutky M24 z oceľ 40X „Select“ so štandardnou pevnosťou v ťahu 1100 MPa Prototypy boli testované na špeciálnom stojane, čo umožnilo vyvinúť ťahové sily v spájaných prvkoch až do 4000 kN. Relatívne deformácie boli merané tenzometrom pomocou snímačov so základňou 5, 10 a 20 mm. Všetky vzorky boli zničené, ktorých povaha bola zaznamenaná.
Analýza experimentálnych údajov ukázala, že rozloženie normálových napätí v sekciách spojených prvkov umiestnených v bezprostrednej blízkosti pásníc je takmer rovnomerné. Súčasne sa sily v skrutkách a ohybové napätia v charakteristických oblastiach prírub skúšaných spojov vyvíjajú nerovnomerne.
Na obr. Obrázok 3 zobrazuje spriemerovaný diagram síl v skrutkách vzorky T-4, typický pre experimentálnu FS s počtom skrutiek 6 alebo viac. Od Z diagramu vyplýva, že oveľa intenzívnejší nárast síl nastáva u skrutiek č. 1,2,3,4, umiestnených na prírubových úsekoch vnútornej zóny - VZ (pozri schému zapojenia - tieňovaná plocha). Vonkajšie otvorové zaťaženie vnútornej zóny prírub je TR in = 1236 kN, vonkajšej zóny (NZ) je T R N = 1688 kN. Zodpovedajúci nárast síl v skrutkách VZ vzhľadom na predpínaciu silu В о в = 216 kN bol ΔВ в = 29 kN. V momente poruchy spojenia pri T-krát = 1962 kN je sila v skrutkách V-krát = 392 kN. Pre skrutky NC sa tieto hodnoty rovnajú: B 0 = 216 kN, ΔB n = 15 kN, B krát = 260 kN. Experimentálne získané sily v skrutkách, zodpovedajúce hodnoty vonkajšieho zaťaženia a údaje o charaktere deštrukcie experimentálneho FS sú uvedené v tabuľke. 2. Z tabuľky vyplýva, že identifikovaný vzor vývoja sily v svorníkoch T-4 možno vysledovať aj v iných experimentálnych spojeniach.
Obr.3 Schéma síl v skrutkách experimentálneho spojenia T-4
Otváranie prírub VZ nastáva skôr ako NZ (TR in< Т Р Н), а усилия в болтах ВЗ — В в (после раскрытия фланцев) всегда больше В н. Причина этого заключается в различной жесткости внутренней и наружной зоны фланцев. Анализ напряженно-деформированного состояния показал, что изгибные напряжения во ВЗ фланцев развиваются заметно слабее, чем в НЗ, более жесткая на изгиб внутренняя зона фланцев передает на болты большую часть внешней нагрузки — Т в по сравнению с наружной, передающей на болты нагрузку Т н (Т = Т в + Т н). Но этой же причине рычажные усилия — R, действующие на болты ВЗ и НЗ также неодинаковы.
Upozorňujeme, že experimentálne hodnoty napätia v nebezpečných úsekoch prírub s hrúbkou t ≥ 20 mm a návrhové sily dosiahnuté v skrutkách - B p, neprekročili hodnoty vypočítanej odolnosti oceľových prírub proti ohýbanie pri medze klzu.
Tabuľka 1. Geometrické parametre experimentálnych spojov
|
Označenie pripojenia |
Schéma zapojenia |
Rez (značka) profilu mmxmm |
Hrúbka príruby |
Zvárať nohu |
Hrúbka klinu (rebrá) |
 |
|||||
 |
|||||
 |
|||||
 |
|||||
Kapitola 3. Únavová pevnosť prírubových spojov ťahaných prvkov
Kalenov V.V., Soskin A.G. a Evdokimov V.V. študovali únavovú pevnosť prírubových spojov ťahových konštrukčných prvkov. Prezentovali výsledky experimentálnych štúdií cyklickej trvanlivosti montážnych prírubových spojov konštrukčných prvkov, ktoré vnímajú cyklicky sa meniace ťahové zaťaženia. Získali sa vypočítané únavové krivky pre vysokopevnostné skrutky a zvarové spoje prírub s profilmi. Ukazuje sa, že cyklická životnosť spojov by mala byť určená amplitúdou menovitých napätí. V tomto prípade najnižšia hodnota trvanlivosti získaná pre skrutky alebo zvarové spoje s rôzne druhy chyby výkonu a švov.
Počas prevádzky sú prírubové spojenia vystavené statickým aj cyklickým vplyvom.
V jednej z prvých prác venovaných štúdiu charakteristík únavovej odolnosti FS sú uvedené výsledky testov 12 dvojbajtových spojov v tvare T. Boli získané únavové krivky skrutiek A325 a A490 inštalovaných s predpínacou silou To - (0,7 + 0,8) Tu., kde Ti je medzná sila skrutiek v ťahu. Dospelo sa k záveru, že je možné zabezpečiť vysokú životnosť skrutiek vysoký stupeňČo ak sú všetky ostatné veci rovnaké, vedie k výraznému zníženiu amplitúdy striedavých napätí v skrutkách. Poskytujú sa aj štúdie únavového života. skrutky s vysokou pevnosťou M22 typ F9T a FIIT, pracujúci ako súčasť FS. Experimentálne spojenia boli testované v sérii 6+13 vzoriek s rovnakými geometrickými charakteristikami. Ukázalo sa, že trvanlivosť skupiny skrutiek do značnej miery závisí od veľkosti predpätia skrutiek. Je potrebné poznamenať, že testované skrutky na mechanické vlastnosti a chemické zloženie sa výrazne líšia od domácich.
Pre tieto a ďalšie štúdie je charakteristické, že cyklická trvanlivosť FS ako celku je určená najmä únavovou odolnosťou skrutiek. Zároveň je zrejmé, že zvárané spoje prírub s profilom sú z hľadiska únavového porušenia FS nemenej nebezpečné.
V tejto súvislosti autori štúdie vykonali súbor štúdií, ktorých účelom bolo študovať vzorce odolnosti proti únave konštrukčných prvkov FS, ktoré vnímajú cyklické ťahové zaťaženia a vyvinúť inžiniersku metodiku výpočtu FS pre únavu. Štúdie zahŕňali na jednej strane konštrukciu návrhovej únavovej krivky pre skrutky inštalované s vysokou úrovňou predpätia B 0 = 0,9 V p, na druhej strane konštrukciu návrhových únavových kriviek pre FS zvarové spoje s rôznymi typmi vyhotovenie (bez chýb a s chybami) švov, vyrobené v súlade s GOST 5264-69, GOST 14771-76, GOST 8713-70 a SNiP 3.03.01-87 (s reznými hranami a bez nich, s podrezaním, s mechanickým spracovaním , atď.).
Na obr. Obrázok 4 zobrazuje modely a plnohodnotné vzorky experimentálneho FS pripraveného na únavové testovanie (celkovo 6 sérií). 1. séria - 12 jednozávorových FS, druhá - 13 dvojzávorových FS v tvare T. Zvárané spojenie steny s prírubou bolo vykonané ručne, s rezaním hrán (uhol skosenia - 50°, otupenie - 2 mm) elektródami UONI - 13/55 v súlade s GOST 9467-75, tretia séria - 7 vzorky T-zvarových spojov bez rezania hrán, štvrtý - potom rovnaký s reznými hranami. Piata séria - 4 spoje kruhových rúr 168x8 mm, vystužené rebrami hrúbky 10 mm. Príruby hrúbky 22 a 25 mm. Šiesta séria - 6 širokých prírub FS značiek 150x96x13x10 mm s prírubami hrúbky 25 mm. Materiál prírub a spojovacích prvkov prototypov je oceľ s vypočítanou pevnosťou v ťahu, tlaku a ohybe na medzu klzu od 225 do 400 MPa (09G2S, 10G2S1, 16G2AF) podľa GOST 19282-73,
Obr.4. Schémy modelov a prototypov FS.
GOST 19281-73. Vysokopevnostné skrutky M24 vyrobené z ocele 40X Select s dočasnou pevnosťou v ťahu minimálne 1100 MPa Ručné zváranie. Vypočítaná šmyková odolnosť kútových zvarov pozdĺž zvarového kovu je 215 MPa. Meranie pomerných deformácií (napätí) v skrutkách s počtom zaťažovacích cyklov N = 1,5, 1000, 10000 bolo uskutočnené tenzometrickou metódou.
Na obr. Na obrázku 5 je znázornený vzťah medzi amplitúdou nominálnych elastických napätí v skrutkách rôznych sérií experimentálnych spojov a ich cyklickou trvanlivosťou N. Na analytické vyjadrenie vypočítanej krivky únavy pre parameter priemerného cyklového napätia = 727 MPa bola použitá Wellerova rovnica . Rovnica pre spodnú obálku trojštandardného rozsahu trvanlivosti skrutiek FS získaná metódami matematickej štatistiky má tvar
Štandardná odchýlka pre log N je 0,256; korelačný koeficient - 0,91. Ako vyplýva z grafu, únavové porušenie skrutiek predpätých silou B 0 = (0,8 + 1,0) V p sa vyskytuje v oblasti nízkocyklovej a obmedzenej únavy v rozsahu od 10 4 do zaťažovacích cyklov. Maximálne vonkajšie zaťaženia zároveň spôsobujú sily v skrutkách približne rovné BP.
Obr.5. Krivky cyklickej životnosti a únavy vysokopevnostných skrutiek pilotného spoja.
Obrázok 6 ukazuje experimentálne body odrážajúce závislosť cyklickej trvanlivosti zvarových spojov prototypov rôznych sérií s reznými hranami a bez nich od ekvivalentnej amplitúdy nominálnych napätí v spájaných prvkoch. Na určenie bola použitá závislosť S. V. Sørensen
(2)
Kde je priemerné napätie cyklu v pripojených prvkoch;
— koeficient citlivosti materiálu na asymetriu zaťažovacieho cyklu. Pre nízkolegované ocele sa berie rovná 0,25.
Obr.6. Krivky cyklickej trvanlivosti a únavy zvarových spojov prírub s profilom prototypov rôznych sérií;
a - spoje s drážkovanými okrajmi, b - bez drážky.
Na rovnakom grafe bodkované čiary označujú experimentálne krivky únavy a plné čiary označujú hranice rozsahu troch štandardných rozptylov možných hodnôt trvanlivosti FS zvarových spojov. Dolné obálky rozsahov sa berú ako vypočítané krivky únavy (obr. 7, krivky 2, 4). Podobne boli na základe experimentálnych štúdií získané vypočítané únavové krivky č.1, 3, 5, ktorých matematické vyjadrenie má tvar
Na základe výsledkov výskumu bola vyvinutá inžinierska metodika pre výpočet únavy FS konštrukčných prvkov, ktoré vnímajú cyklické ťahové zaťaženia. Cyklická trvanlivosť spojov študovaných konštrukčných foriem by sa mala určiť ako najnižšia z vypočítaných hodnôt pre skrutky a zvárané spoje prírub s profilom. Odporúča sa vykonať výpočet na základe amplitúdy menovitých napätí cyklu pomocou vyššie vypočítaných kriviek únavy a rovníc (1)-(7).
Obr.7. Vypočítané únavové krivky
zvárané spoje prírub s profilmi;
1- s reznými hranami a následné
mechanické spracovanie zvaru;
2 - s rezaním a bez spracovania;
3 – to isté s podstrihnutím švu;
4 – bez rezných hrán so surovým švom.
5 – to isté s podstrihnutím švu.
Doktor technických vied V.V. Biryulev skúmal problematiku navrhovania a výpočtu nosníkov s prírubovými spojmi.
Montážne spoje v konvenčných aj ľahkých nosníkoch majú tri konštrukčné riešenia - zvárané (bez prelisov a s presahmi), odolné v šmyku (s presahmi na vysokopevnostných skrutkách odolných proti strihu), prírubové (na vysokopevnostných skrutkách).
Zvarové spoje bez presahov sú najmenej náročné na kov, ale vyžadujú značné pracovné úsilie od vysokokvalifikovaných zváračov. Okrem toho pri zváraní spojov v chladnej sezóne je potrebné prijať dodatočné opatrenia na zabezpečenie kvality a spoľahlivosti spojov.
Spoje odolné voči šmyku sú menej náročné na prácu pri výrobe, nevyžadujú vysokokvalifikovaných inštalatérov a ľahšie sa vykonávajú nízke teploty, sú spoľahlivejšie v prevádzke pri dynamickom a cyklickom zaťažení, pretože nevytvárajú koncentrácie napätia a zvyškové teplotné napätia ako zvary.
Prírubové spoje majú oproti strihovo odolným rad výhod. V prírubových spojoch sa zníži spotreba kovu na jeden spoj, počet skrutiek sa zníži 3 ... 3,5-krát (v spojoch odolných proti strihu sú skrutky umiestnené na oboch stranách a sú zaťažené rovnomerne v stlačenej a ťahovej zóne, únosnosť v šmyku je menšia ako únosnosť v ťahu Počet skrutiek v stlačenej zóne v prírubových spojoch sa môže znížiť, pretože neprenášajú normálové sily, ale zabezpečujú iba prenos priečnych síl v dôsledku trenia plôch prírub. Hlavný počet skrutiek je sústredený v zóne natiahnutého pásu a skrutky pracujú s väčším nárazom ako v šmyku. Z toho vyplýva, že náročnosť inštalácie prírubových spojov sa znižuje 3,5 ... 4 krát. Okrem toho zložitosť Výroba nosníkov je znížená, hlavne kvôli prudkému zníženiu počtu otvorov v stene a pásoch.
Skrutky v prírubových spojoch sú inštalované v rovnakej vzdialenosti alebo sústredené v napnutej oblasti v páse. Hrúbka a šírka príruby sa v tomto mieste niekedy zväčšuje a časť príruby v ťahovej zóne je z pevnejšej ocele a v stlačených ľahko zaťažených ťahových zónach z nízkouhlíkovej ocele. S výkonnými pásmi sa počet skrutiek na každej strane steny v rade zvyšuje na 3 ... 4 kusy.
Pri výpočte prírubového spojenia je potrebné skontrolovať pevnosť v štyroch zónach - vo vysokopevnostných skrutkách, v prírubách, vo zvaroch upevňujúcich príruby, v hlavnom úseku nosníkov v mieste zvarov. Pevnosť prírub sa skúša pri ohýbaní, ako aj proti prípadnému oddeľovaniu povrchu v tepelne ovplyvnenej zóne.
Veľmi približný výpočet prírubového spojenia v nosníkoch sa vykonáva za predpokladu, že sily v skrutkách sú rozdelené úmerne vzdialenosti od bodu pôsobenia výslednej sily v stlačenej zóne, napríklad od stredu stlačený pás na skrutku. Potom bude sila v najviac namáhanej koncovej skrutke
kde je vzdialenosť k radu i-ro a k najvzdialenejšiemu radu skrutiek; - počet skrutiek v i-tom a vonkajšom rade; m- počet riadkov.
K takémuto rozloženiu síl môže dôjsť len pri veľmi hrubých prírubách.
Vlastná prevádzka prírub je zložitá. Ak sa z pásnice vyreže pás, možno si ho predstaviť ako akýsi nosník pod pôsobením sústavy síl Pf, Nb, V. Sila Pf sa prenáša z nosníka (steny alebo pásu) na pásnicu, Nb je sila, ktorá vzniká v skrutke po pôsobení vonkajšieho zaťaženia. Sila V sa zvyčajne nazýva pákový efekt. Toto je výsledná sila vznikajúca zo spoločného pritlačenia dvoch prírub proti sebe; poloha výslednice závisí od mnohých faktorov, predovšetkým od hrúbky prírub.
Ak si predstavíme, že sa príruba nedeformuje, tak pri zaťažení vzniká ohybový moment (pri stene alebo prírube) rovný Nbc. Prítomnosť pákového efektu znižuje veľkosť tohto momentu, a tým aj požadovanú hrúbku príruby. Pri výpočte prírubových spojov sa berie do úvahy vplyv pákovej sily.
Existuje návrh využiť rezervy únosnosti prírubového spoja, ak umožníme vznik plastických deformácií v reze nosníka a v pásniciach a na ich vyhodnotenie použijeme metódu medznej rovnováhy.
Určená hrúbka príruby v tomto prípade bude minimálna. Navyše, vývoj plastických deformácií v pásnici spôsobí zvýšenie priehybu nosníka, ako ukazujú experimenty, o 5...15%. Preto, kým sa nenazbierajú ďalšie experimentálne údaje, môže byť táto metóda použitá na výpočet prírubových spojov iba v menej kritických štruktúrach.
Predpokladá sa, že z deformovateľného povrchu príruby na priľahlú časť nosníka sa prenášajú reaktívne sily obmedzené v stlačenej zóne odporom kovu nosníka Ru a v ťahovej zóne obmedzujúcou zónou. sila potrebná na vytvorenie plastového mechanizmu v konštrukčnom páse príruby. Predpokladá sa, že pás je pevne upnutý pozdĺž línie umiestnenia skrutiek a tieto pásy na stene a prírube nosníka pracujú nezávisle.
Pred začatím výpočtu sa stanovia: rozmery prírub berúc do úvahy rozmery nosníkov, priemer skrutiek s vysokou pevnosťou, minimálny počet skrutiek potrebný na absorbovanie ťahovej sily pásu nosníka I. Skrutky sú umiestnené v minimálnych možných vzdialenostiach od políc a stien.
Algoritmus výpočtu je znázornený na obr. 8. Okrem označení na obr. 8: - koeficient zaťaženia I-nosníka ohybovým momentom;
Literatúra
- Odporúčania pre výpočet, návrh, výrobu a montáž prírubových spojov oceľových stavebných konštrukcií. M., CBNTI Minmontazhspetsstroy ZSSR, 1989, s. 53.
- Grudev I. D. Pevnosť prírubových spojov prvkov otvoreného profilu. Skrutkované a špeciálne inštalačné pripojenia v oceli stavebné konštrukcie. Medzinárodné kolokvium. – 1989. – Zborník referátov. T.2 – str. 7-13.
- Prírubové spoje. Výpočet a návrh. Bugov A.U. – L. Mechanical Engineering, 1975. – s. 191.
- Soskin A.G. Vlastnosti správania a výpočtu skrutiek prírubových spojov. Skrutkové a špeciálne inštalačné spoje v oceľových stavebných konštrukciách. Medzinárodné kolokvium. – 1989. – Zborník referátov. T.2 – str. 24-31.
- Kalenov V. V., Soskin A. G., Evdokimov V. V. Výskum a výpočet únavovej pevnosti prírubových spojov ťahaných konštrukčných prvkov. Skrutkové a špeciálne inštalačné spoje v oceľových stavebných konštrukciách. Medzinárodné kolokvium. – 1989. – Zborník referátov. T.2 – s. 41-17.
- Dizajn kovové konštrukcie: Špeciálny kurz. Návod pre univerzity / V.V. Biryulev, I.I. Koshin, I.I. Krylov, A.V. Silvestrov. – L.: Stroyizdat, 1990 – 432 s.
Zaželajte nám úspech – kliknite na Google+!
Spoľahlivosť akéhokoľvek systému závisí od spoľahlivosti najslabšieho článku v systéme. Zvarové spoje oceľových rúr sú spoľahlivé a používajú sa vo väčšine prípadov. Ale vznikajú situácie, v ktorých je použitie zváraného spoja nemožné. Spájanie rôznych tvaroviek, zabezpečenie sklápacieho spojenia, možnosť preventívnej údržby a opravy potrubných tvaroviek ako aj pracovných jednotiek jednotiek, spájanie rozdielnych potrubí: liatina-plast, liatina-oceľ, oceľ-plast, oceľ-azbestocement , plast-azbestocement a riešenie mnohých ďalších technologických problémov. Prírubové spojenie musí zabezpečiť spoľahlivosť a trvanlivosť prevádzky takýchto spojení. Vo všeobecnosti konštrukcia príruby zahŕňa pár prírub a tesnenie a krúžky spojené skrutkami alebo čapmi.
Pre zjednotenie produktov a umožnenie použitia týchto produktov v rôznych krajinách sveta bez dodatočného spracovania bola zavedená jasná klasifikácia prírubových spojov. Niekedy bude mať tá istá príruba rôzne označenia v rôznych klasifikáciách.
Hlavné klasifikácie používané vo svete:
GOST je norma prijatá v ZSSR a platná v postsovietskom priestore;
DIN – nemecká norma platná v Európe;
ANSI/ASME je americký štandard platný v USA, Japonsku a Austrálii.
Existujú konverzné tabuľky noriem, ktoré uvádzajú, akú normu konkrétna príruba spĺňa.
Na výrobu prírub sa používajú rôzne materiály:
liatina;
kujné železo;
uhlíkové ocele;
nehrdzavejúce ocele;
legované ocele;
polypropylén.
Polypropylénové príruby sa v poslednom desaťročí rozšírili. Používajú sa najmä na inštaláciu beztlakových systémov, pripojenie PE potrubia na kovové potrubie, spájanie potrubných tvaroviek, na ktoré sa inštaluje prírubový držiak. Tieto príruby, podobne ako kovové príruby, sa vyrábajú odlievaním alebo lisovaním.
Príruby sú tiež rozdelené do typov:
byt (GOST 12820-81);
golier (GOST 12821-81);
voľné príruby na zváranom krúžku (GOST 12822-80);
príruby pre nádoby a prístroje (GOST 28759.2-90);
kruhová zástrčka (GOST 12836-80).
Je povolené vyrábať štvorcové príruby, ktoré majú aspoň 4 otvory pre skrutky alebo čapy. Takéto príruby je možné použiť na systémoch s maximálnym tlakom nie väčším ako 4,0 MPa.
Podľa nomenklatúry, a teda podľa GOST 12815-80, majú príruby armatúr a spojovacie časti potrubí deväť hlavných verzií tesniacej plochy:
španielčina 1 - so spojovacím okrajom, najbežnejšie prevedenie prírub, má špeciálny spojovací okraj v tvare skosenia pod uhlom 45°
španielčina 2 - dizajnovo podobný predchádzajúcemu modelu, len spojovací výstupok je pod uhlom 90°;
španielčina 3 - s priehlbinou na vnútornej strane a výstupkom na vonkajšej strane pod uhlom 45 °;
španielčina 4 - s hrotom;
španielčina 5 - s drážkou vo forme prstencového vybrania;
španielčina 6 - pod tesnením šošovky je zvnútra zvolené skosenie;
španielčina 7 - pre tesnenie oválneho prierezu, prstencové vybranie vo forme na čelnej strane;
španielčina 8 - s hrotom pre fluoroplastové tesnenie;
španielčina 9 - s drážkou pre fluoroplastové tesnenie.
Pre príruby nádob a prístrojov existujú špecifické požiadavky na prevedenie, špecifikované v GOST 28759.2-90, a pre ploché zvárané príruby - v GOST 28759.390
Konštrukčné vlastnosti prírub
Príruby, ako každé potrubie alebo uzatváracie ventily, majú niekoľko dizajnové prvky. Pri výbere a dešifrovaní označení prírub musíte poznať tieto vlastnosti.
Podmienečné povolenie
Menovitý priemer príruby je vnútorný priemer potrubia, armatúry alebo uzatváracieho ventilu, ku ktorému je príruba privarená. Akceptuje sa len na základe menovitého priemeru potrubia.
Pre ploché zvárané príruby s menovitým priemerom 100, 125, 150 sa v závislosti od prevedenia uvádza písmeno (A, B, C) - od toho závisí vonkajší priemer potrubia, ak písmeno nie je uvedené, písmeno A sa štandardne považuje.
Všetky geometrické rozmery príruby budú závisieť od menovitého priemeru. Rovnakú prírubu s rovnakým menovitým otvorom je možné vyrobiť dvoma spôsobmi - rad1 a rad2. Líšia sa rôznymi stredovými vzdialenosťami medzi spojovacími otvormi a tiež v niektorých prípadoch rôznymi priemermi spojovacích otvorov. Štandardne sa príruby vyrábajú v rade 2.
Tlak
Dôležitou vlastnosťou prírubového spojenia je schopnosť udržiavať tlak v systéme bez netesností alebo zničenia systému. Tento indikátor je označený ako podmienený tlak. Indikátor podmieneného tlaku závisí od geometrické rozmery príruba, materiál výroby, prevedenie, tesnenie.
Dôležité: Pri objednávaní prírub by ste mali pamätať na to, že existujú rôzne tlakové rozmery: v kgf/cm2, Pa (MPa), atm., bar. Preto je potrebné presne uviesť, na aký tlak má byť daný výrobok určený.
Teplota
Prevádzková teplota kvapaliny sa stane teplotou príruby; treba poznamenať, že parametre tlaku a teploty sú vzájomne závislé. Keď sa teplota zvýši, maximálny tlak, pri ktorom prírubové spojenie pracuje, klesne. Závislosť je možné vyjadriť lineárnou interpoláciou. Závislosti medzi Prevádzková teplota a tlak pre každú prírubu sú uvedené v špeciálnych tabuľkách a GOST.
Označenie príruby
Každý typ príruby má svoje špecifické označenie; pozrime sa na každú z nich.
Ploché zvarové príruby
Zoberme si príklad označenia plochých zváraných prírub:
Príruba 1-65-25 09G2S GOST 12821-80
Plochá zváraná príruba verzie 1 s menovitým otvorom (DN) - 65 mm, určená pre menovitý tlak 25 kgf/cm2, vyrobená z ocele 09G2S v súlade s GOST 12821-80.
Pri výbere príruby pre fluoroplastové tesnenie uveďte za číslom DN písmeno F.
Golierové príruby
Príruba 1-1000-100 st. 12x18n10t GOST 12821-80
Označuje prírubu verzie 1, s menovitým vŕtaním 1000, navrhnutú pre tlak 100 kgf/cm2, vyrobenú z ocele 12x18n10t, čo je konštrukčná nehrdzavejúca oceľ.
Pri štvorhranných prírubách navyše v názve uveďte – štvorhranná príruba.
Rovnako ako v plochých prírubách, pri použití fluoroplastového tesnenia je uvedené písmeno F.
Voľné príruby na zvarovom krúžku
Označenie pre voľné príruby a ploché príruby je mierne odlišné. Keďže tento výrobok používa zváraný krúžok, označenie príruby je sprevádzané aj označením krúžku, napríklad:
Príruba 50-6 ST20 GOST 12822-80
Prsteň 1-50-6 ST 35 GOST 12822-80
Tu: 50 – menovitý priemer, menovitý tlak 6 kgf/cm2, príruba z ocele st20, krúžok z ocele st35.
Pre podmienený prechod 100, 125, 150 musíte zadať aj písmeno (A, B, C), predvolene - A.
Tesnenia pre prírubové spoje
Utesnenie jednotky alebo pripojenia umiestneného pod pretlak, často v agresívnom prostredí hrá dôležitú úlohu pri výpočte prírubového spojenia.
V závislosti od typu použitej príruby alebo ihly dizajn, tlak, teplota, chemické vlastnosti prostrediach sa ako tesniace tesnenia používajú:
KShch (7338-77) – technická acidobázická guma;
MB(7338-77) – guma odolná voči olejom a benzínu;
T(7338-77) – technická žiaruvzdorná guma;
PON(481-80) – paronit na všeobecné použitie;
PMB(481-80) – paronit odolný voči olejom a benzínu;
Azbestová lepenka;
Fluoroplasty-4.
Uťahovanie prírubových spojov
Utiahnutie prírubových spojov je kľúčovým bodom pri inštalácii príruby. Na dosiahnutie maximálneho utesnenia musia byť všetky diely presné.
Príprava prvkov
Očistite a odmastite povrchy prírub, skontrolujte škrabance, priehlbiny a preliačiny. Skontrolujte samotnú prírubu a upevňovacie prvky - skrutky a matice - na koróziu. Odstráňte otrepy zo závitov; najprv môžete tiež „zasunúť“ každú skrutku a maticu pozdĺž závitov. Namažte závity skrutky alebo čapu. Pripravte a nainštalujte tesnenie. Uistite sa, že je správne nainštalovaný, mal by ležať v strede.
Dôležité: Nepoužívajte staré tesnenia; ak nie je možné tesnenie vymeniť, je možné nainštalovať niekoľko starých tesnení.
Postupnosť uťahovania
Zabezpečí spoľahlivú a správnu fixáciu príruby správne poradie uťahovanie skrutiek. Za týmto účelom zľahka dotiahnite prvú skrutku, vyberte ďalšiu skrutku z opačnej strany a zľahka ju dotiahnite. Tretia skrutka, ktorú dotiahnete, je za prvou o štvrť otáčky (90°) alebo blízko tohto uhla. Štvrtý je oproti tretiemu. Pokračujte v sekvencii, kým nie sú utiahnuté všetky skrutky. Pri uťahovaní 4-skrutkových prírub použite krížovú techniku.
Krútiaci moment
Aby ste dosiahli čo najlepšie vzduchotesné spojenie, skrutky musia mať požadovaný uťahovací moment. Napätie spôsobené uťahovaním by malo byť rovnomerne rozložené cez prírubu. Počas uťahovania je skrutka vystavená ťažnej sile, ktorá je opačná k uťahovacej sile spoja. Ak utiahnete príliš veľa, môžete odstrániť závity na skrutke alebo zlomiť samotnú skrutku.
Na nastavenie sily uťahovania sa používajú rôzne techniky uťahovania:
hydraulický napínací mechanizmus;
hydraulický momentový kľúč;
pneumatický rázový uťahovák;
ručný momentový kľúč.
Ako poslednú možnosť môžete použiť ručné uťahovanie, ale túto metódu najlepšie vykoná profesionál.
Bez ohľadu na zvolený spôsob uťahovania musí sila, ktorou sú matice uťahované, zodpovedať špecifikáciám produktu.
Po inštalácii príruby a spustení systému je možná strata krútiaceho momentu až 10 % počas prvých 24 hodín prevádzky. Toto je vlastné každému skrutkovému spojeniu v dôsledku vibrácií, zmršťovania tesnenia a zmien teploty.
Po dni alebo dvoch utiahnite ďalej závitové spojenia do určeného času, podľa špecifikácie.
__________________________________________________S cieľom zvýšiť spoľahlivosť závitových a prírubové spoje je potrebné aplikovať moderné inžinierske metódy navrhovania. Tento článok skúma možnosť zjednodušenia pomerne zložitého problému výpočtu prírubového skrutkového spojenia.
Zjednodušenie modelu a problém výpočtu prírubového skrutkového spojenia
Ryža. 1. Skrutkové spojenie (spojky) a
jeho schematická aproximácia (b)
pre výpočty
V najjednoduchšom inžinierskom výpočte je skupinové (viacskrutkové) spojenie (obr. 1, a) aproximované sadou (v počte) kužeľových puzdier (obr. 1, b), navzájom spojených absolútne tuhým, nedeformovateľná membrána, ktorá má pôdorysne tvar časti. Vonkajšie zaťaženie sa prenáša na puzdrá z membrány.
Opísaný výpočtový model je založený na nasledujúcej skutočnosti: pri uťahovaní maximálne normálové napätia (deformácie) pôsobia v miestach spájaných častí umiestnených vedľa montážneho otvoru v prírube (obr. 2, a), tvoriace tzv. tlakový kužeľ(zobrazené na obrázku prerušovanými čiarami v modrej farbe). Spojované časti alebo ich časti - príruby - sú vystavené najmä tlakovým deformáciám, pracujúcim ako tyče premenlivého prierezu pri axiálnom zaťažení (obr. 2, b). Ku kontaktu častí dochádza pozdĺž prstencovej oblasti - základne tlakového kužeľa.
Predpokladá sa, že vplyvom vonkajšieho zaťaženia dôjde k hlavnej deformácii aj v rámci opísaného tlakového kužeľa a kontaktná plocha (základňa kužeľa) nezávisí od zaťaženia. To nám umožňuje zovšeobecniť model pre výpočet uťahovaného spoja na prípad súčasného vplyvu 1) uťahovania a 2) vonkajšieho zaťaženia.
Jednorozmerný tyčový model skutočného spojenia, dostupný v dielach Retschera, Bacha atď., je stále dostatočne presný pre , kedy sú ohybové deformácie spájaných prírubových dielov malé, napríklad spoje telies strojov, dosiek a rámov s tuhými pätkami. Výsledky mnohých štúdií ukazujú, že opísaná aproximácia je prijateľná aj pre spoje s tenkými, ohybnými príruby. V tomto prípade výpočet uspokojivo zodpovedá experimentu: 1) pri dostatočne vysokých uťahovacích napätiach σ 0 = (0,5…0,7)× σ t, kde σ t je medza klzu materiálu skrutka, a 2) také vonkajšie zaťaženie, pri ktorom sa kĺb mierne otvára.
Úlohy na výpočet spojenia pozostávajú z určenie síl v skrutke a uťahovaných častiach pri kombinovanom pôsobení uťahovacej sily a vonkajšej axiálnej sily.
Výpočet spojenia s jedným spojovacím prvkom (skrutka alebo svorník)
Ryža. 3. Schéma síl v
utiahnuté závitové spojenia.
Zvážte spojenie s jedným spojovací materiál(obr. 3, a), utiahnuté silou F 0 a následne zaťažené vonkajšou silou F= FΣ/z( FΣ je celková sila pôsobiaca na skupinové spojenie s počtom skrutiek (alebo ), rovná sa z) a určte zaťaženie pôsobiace na svorník (čap) pomocou vyššie opísanej schémy spájaných častí vo forme puzdier upevnených membránou.
Na vyriešenie problému nahradíme priťahované časti ekvivalentnými puzdrami a aplikujeme vonkajšie zaťaženie na horný a dolný koniec puzdier symetricky vzhľadom na os skrutky (obr. 4). sila F 0 je zobrazená podmienečne; vyskytuje sa v dôsledku predbežnej deformácie skrutky (čapu) počas uťahovania.
Ryža. 4. Schémy na výpočet síl v závitoch
prírubové spoje pomocou skrutiek alebo svorníkov
Rovnovážna rovnica pre jedno z puzdier bude mať tvar
Kde F b - dodatočná sila v skrutke vznikajúca pod vplyvom vonkajšej sily F. Sila v kĺbe po pôsobení vonkajšej sily F určený F c.
Rovnica (1) obsahuje dve neznáme sily F b a F c. Na ich určenie je potrebné vziať do úvahy rovnicu kompatibility posunu príruby a skrutky.
Ak to prijmeme δ - dodatočné predĺženie závory pôsobením vonkajšieho zaťaženia, potom celková sila v závore
Kde λ b - axiálna poddajnosť svorníka alebo čapu, zodpovedajúca jeho predĺženiu pod vplyvom sily jednotkovej veľkosti; Δ b - predĺženie skrutky pri uťahovaní:
Skrátenie puzdier v dôsledku kompatibility pohybov sa zníži o δ . Sila v kĺbe po pôsobení vonkajšieho zaťaženia:
Kde λ d - osová poddajnosť spojených puzdier, rovná sa vzájomnému priblíženiu nosných koncov pri pôsobení tlakovej sily jednotkovej veľkosti.
Počiatočné skrátenie medzidielov pri uťahovaní
Z rovníc (1) - (5) dostaneme
Prídavná sila v skrutke od vonkajšieho zaťaženia
Ryža. 5. Závislosť sily v
skrutka F n od vonkajšieho zaťaženia F.
V utiahnutom skrutkovom spojení je teda iba časť vonkajšieho zaťaženia úmerná koeficientu χ , je vnímaný závorou. Ďalšia časť vonkajšieho zaťaženia rovná 1 - χ , znižuje počiatočné stlačenie dielov, t.j.
Závislosť celkovej sily v skrutke (čapu) od vonkajšieho zaťaženia je znázornená na obr. 5. Pre zapojenie, ktorého náčrt je znázornený na obr. 6 boli experimentálne získané podobné závislosti. Plné čiary zobrazujú krivky zodpovedajúce výške nerovností profilu R z = 0,4...0,8 µm na spoji puzdier, prerušované - to isté pre R z = 80...160 um.
Ryža. 6. Závislosť sily v skrutke F potiť sa
vonkajšia sila a úsilie predbežné utiahnutie.
Rovnosť (11) platí pred začatím otvárania spoja. Sila v kĺbe po pôsobení vonkajšej sily
| F c = F 0 - F d = F 0 - (1 - χ )F | (12) |
o F c = 0 spoj sa otvorí (bod B c na obr. 5); kým vonkajšie zaťaženie
F p = F 0 / (1 - χ )
a celková sila skrutky
F n = F 0 + χ F p = F p.
Aby ste zabránili otvoreniu spoja, použite skrutku (alebo inú prírubu spojovací materiál) musia byť pevne utiahnuté
F 0 min ≥ (1 - χ )F.
Teda minimálna uťahovacia sila prírubové spojenie určený vonkajším zaťažením a jeho prevedením.
Po otvorení spoja sa vonkajšie zaťaženie úplne prenesie na svorník, čo pri premenlivom zaťažení vedie k vzniku dodatočných rázových napätí. Preto by mala byť uťahovacia sila priradená tak, aby pre dané vonkajšie zaťaženie F spoj zostal tesný.
Kde α b, t b a l b - koeficient lineárnej rozťažnosti, teplota a dĺžka upevňovacej skrutky alebo čapu; α b, t b a l b - to isté pre pripojené .
Celková sila pôsobiaca na skrutku v tomto prípade je
priemerné napätie cyklu v tomto prípade
Bibliografia
- Iosilevich G.B., Stroganov G.B., Sharlovsky Yu.V. Uťahovanie a uzamykanie závitových spojov.. - M.: Mashinostroenie, 1985. - 224 s.
- Gould D., Mikic M. Kontaktné plochy a rozloženie tlaku v skrutkové spoje// Dizajn a technológia strojárstva. 1972. Číslo 3... - S. 99.
- Retscher F. Časti strojov: v 2 zväzkoch.. - M.: Gosmashmetizdat. 1933-1934...
Vstupom na túto stránku automaticky súhlasíte
